電力系統(tǒng)次同步振蕩阻尼與晶閘管控制裝置的模型研究.pdf

1、隨著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，出于對工程經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境方面的考慮，要求充分利用線路走廊，努力提高線路傳輸能力。串聯(lián)補(bǔ)償輸電技術(shù)相當(dāng)于縮短線路電氣距離、可增加線路傳輸能力，大規(guī)模應(yīng)用于我國北方煤電基地火力發(fā)電廠的送出工程;高壓直流輸電應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電時(shí)具有線路造價(jià)低、功率損耗小、可用于交流電網(wǎng)異步互聯(lián)等優(yōu)點(diǎn)，在我國電網(wǎng)互聯(lián)工程中得到了廣泛應(yīng)用。然而，串補(bǔ)輸電系統(tǒng)與汽輪發(fā)電機(jī)組軸系相互作用可能引發(fā)次同步諧振(SSR)，托克托、上都、錦界等電廠

2、都存在不同程度的SSR問題;南方電網(wǎng)貴廣二回直流工程在某些運(yùn)行方式下也可能引起整流側(cè)附近盤南電廠機(jī)組的次同步振蕩(SSO);另外，東北—華北聯(lián)網(wǎng)高嶺背靠背直流工程對綏中電廠汽輪機(jī)組軸系的影響尚在研究之中。
　　 雖然交流串補(bǔ)系統(tǒng)SSR問題和直流系統(tǒng)SSO問題的產(chǎn)生機(jī)理各不相同，但二者的分析方法和控制策略卻有許多共通之處。本文對HVDC換流器和SVC晶閘管開關(guān)元件的動(dòng)態(tài)建模、交直流系統(tǒng)SSO/SSR的傳遞特性和扭振相互作用、以及次

3、同步阻尼控制等問題進(jìn)行深入研究，主要取得了如下成果（創(chuàng)新點(diǎn)）:
　　 (1)建立了12脈沖HVDC換流器的改進(jìn)采樣-數(shù)據(jù)模型，并在模型中首次考慮了觸發(fā)控制的小擾動(dòng)延遲。針對現(xiàn)代HVDC系統(tǒng)換流站廣泛采用的等間隔觸發(fā)和鎖相環(huán)相位觸發(fā)兩種控制方式，給出了HVDC系統(tǒng)模型的具體形式。分別采用特征值分析和復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法將HVDC換流器的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型、改進(jìn)采樣-數(shù)據(jù)模型與PSCAD時(shí)域仿真進(jìn)行對比，結(jié)果表明改進(jìn)后的采樣-數(shù)據(jù)模型更為精確，其計(jì)

4、算結(jié)果與PSCAD仿真結(jié)果非常接近，適用于HVDC系統(tǒng)的次同步振蕩研究。
　　 (2)基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)SSDC控制器，并提出了以換流母線頻率為控制信號(hào)的SSDC設(shè)計(jì)方法。針對固定參數(shù)的SSDC魯棒性較差的問題，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)SSDC，用于抑制貴廣二回直流研究系統(tǒng)的次同步振蕩;針對實(shí)際工程中在整流站難以獲得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的問題，提出了以換流站交流母線頻率為控制信號(hào)的SSDC設(shè)計(jì)方法，結(jié)果表明在設(shè)計(jì)運(yùn)行工作

5、點(diǎn)采用上述兩種SSDC控制信號(hào)可以獲得同樣的次同步阻尼效果。
　　 (3)揭示了HVDC系統(tǒng)次同步振蕩和電氣阻尼的傳遞機(jī)理，并首次定義了前向機(jī)組作用系數(shù)UIFfw和逆向機(jī)組作用系數(shù)UIFbw。通過分析整流側(cè)交流電網(wǎng)對SSDC補(bǔ)償阻尼的影響規(guī)律發(fā)現(xiàn):次同步振蕩從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子向整流站母線的傳遞特性可以定量表示為UIFfw;直流系統(tǒng)電氣阻尼從整流站向發(fā)電機(jī)的反饋特性可以定量表示為UIFbw。UIFfw與UIFbw的乘積恰好等于機(jī)組作用系

6、數(shù)UIF，因此UIF能夠有效反映閉環(huán)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組與HVDC系統(tǒng)的次同步振蕩耦合強(qiáng)度。
　　 (4)首次建立了SVC的采樣-數(shù)據(jù)模型。將SVC的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型和采樣-數(shù)據(jù)模型與PSCAD時(shí)域仿真模型進(jìn)行對比，結(jié)果表明采樣-數(shù)據(jù)模型比準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型更為準(zhǔn)確。準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型對SVC附加控制器的阻尼效果明顯過于樂觀，而采樣-數(shù)據(jù)模型則略偏保守，相對而言采樣-數(shù)據(jù)模型具有更高的工程實(shí)用價(jià)值?；赟VC的采樣-數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)了附加次同步阻尼控制器，結(jié)果

7、表明其可以有效抑制錦界電廠串補(bǔ)輸電系統(tǒng)的SSR。
　　 (5)分析了復(fù)雜多機(jī)系統(tǒng)中機(jī)組之間的扭振相互作用。當(dāng)并列運(yùn)行機(jī)組具有相同參數(shù)和不同負(fù)載時(shí)，軸系振蕩模態(tài)仍然存在近似的共模和異模:對于共模，不同發(fā)電機(jī)仍具有幾乎相同的振蕩幅值，但振蕩相位差別較大;對于異模，輕載機(jī)組的振蕩幅值要大于重載機(jī)組，雖然異模振蕩不再對稱，但異模振蕩與外部電網(wǎng)的相互作用仍非常小。不同電廠固有頻率不同的軸系之間的扭振相互作用非常微弱。當(dāng)不同電廠的兩臺(tái)機(jī)組具

8、有完全相同的軸系參數(shù)時(shí)，兩者之間存在較強(qiáng)的扭振相互作用，而且相互作用的大小是基本對稱的。
　　 (6)將復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法推廣到多機(jī)系統(tǒng)中，得到了準(zhǔn)確的表達(dá)形式。采用模態(tài)分析方法，證明了復(fù)雜多機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)次同步振蕩模態(tài)都唯一對應(yīng)一個(gè)復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)表達(dá)形式，而以往的復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法只是多機(jī)系統(tǒng)復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法在幾種情況下的應(yīng)用特例。在多機(jī)系統(tǒng)中，雖然準(zhǔn)確描述的復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法實(shí)用性有所降低，但它可以對系統(tǒng)的等值簡化方法進(jìn)行校驗(yàn)，對于簡化后的系統(tǒng)，用復(fù)轉(zhuǎn)